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Polymere Nanoverbundstoffe

Wechselwirkungen und Strukturen in Nanoverbundstoffen

Stoffe mit einer Teilchengröße im Nanobereich haben nur eine kleine Anzahl von Atomen pro Partikel und liegen damit in der Größenordnung von Molekülen. Hierin liegt das Besondere der Nanoteilchen, denn dadurch haben sie andere Eigenschaften und andere Wechselwirkungen als größere Teilchen.

Aufgrund der kleinen Teilchengröße haben Nanopartikel eine sehr große spezifische Oberfläche. Sie kann über 1000m2g-1 sein.

Dadurch treten einerseits starke Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Nanoteilchen auf und die daraus resultierende Neigung zur Agglomeration (Zusammenballung) erschwert eine gleichmäßige Verteilung (homogene Dispersion) der Teilchen in der Polymermatrix.

Andererseits entsteht durch die sehr große spezifische Oberfläche eine große Grenzfläche zwischen Nanoteilchen und Matrixpolymer. Die Wechselwirkungen an dieser Grenzfläche beeinflussen die Materialeigenschaften sehr stark.

Die Form der Nanoteilchen kann sphärisch (Siliziumdioxid), röhrchenförmig (Kohlenstoff-Nanotubes), faserförmig (synthetische Nanofasern) oder plättchenförmig (Schichtsilikate) sein.

Auch die Matrixpolymere können vielfältige Strukturen haben: Homopolymere, Block- oder Pfropfcopolymere, vernetzt oder unvernetzt, kurze oder lange Ketten, linear oder verzweigt, unterschiedliche Konformation der Polymerkette, etc.

Drei Größenordnungen bestimmen die Eigenschaften der polymeren Nanoverbundstoffe: Partikelgröße, Polymergröße und Teilchenabstand.

Abb.1
inhomogene Verteilung
Abb.2
homogene Verteilung
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